土壤污染及自净ppt课件.ppt

主要内容主要内容12345土壤污染土壤污染土壤污染类型土壤污染类型污染物在土壤中的迁移和转化规律污染物在土壤中的迁移和转化规律污水土地处理系统污水土地处理系统土壤污染的防治土壤污染的防治6土壤污染的危害土壤污染的危害一、土壤污染的概念一、土壤污染的概念 1. 土壤背景值土壤背景值土壤背景值在理论上应该是土壤在自然成土过程中，构成土壤自身的化学元素的组成和含量。即未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量。 即严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。 作用？2. 土壤环境容量土壤环境容量（1）土壤环境静容量：土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大允许量或负荷量。（2）土壤环境动容量：土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量。3. 土壤自净土壤自净定义定义：是指进入土壤的污染物，在土壤矿物质、有机质和土壤微生物的作用下，经过一系列的物理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而消除污染物毒性的现象。按机理分为：按机理分为： 物理净化机械阻留、吸附、淋溶、稀释、挥发、 扩散等 物理化学净化离子交换吸附 化学净化凝聚与沉淀反应、氧化还原、络合与螯合、酸碱中和等 生物净化作用细菌、真菌、放线菌等体内酶或分泌酶的催化作用下，发生各种各样的分解反应4. 土壤污染土壤污染直观判断：人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象从量的角度：以特定的参照数据来加以判断的，如以土壤背景值加二倍标准差为临界值，如超过此值，则认为该土壤已被污染。 目前对土壤污染的定义各异，但归结其共同点，可以说，土壤污染土壤污染： 人类活动使土壤中有害物质增加； 土壤中某些有害物质超过土壤背景值；当土壤中某些有害物质含量过高，超过了土壤的自净能力，造成土壤生态系统的破坏。5. 土壤污染的特点土壤污染的特点隐蔽性或潜伏性隐蔽性或潜伏性：土壤污染从产生到出现问题通常会滞后较长时间，往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响后才能确定。比如日本的“痛痛病”，是经过了1020年之后才逐渐被人们认识。不可逆性和持久性不可逆性和持久性：重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长时间才能降解。如PCBs、PAHs、PCDDs，这些污染物具有高稳定性、低水溶性和抗微生物降解的特性，一旦受到污染，很难根除。危害的严重性危害的严重性：影响粮食生产，还通过食物链危害动物和人体健康。有报道表明，有地方癌症发病率与土壤污染程度呈线性相关。 6. 土壤污染源土壤污染源（1）天然污染源：自然界自行向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，典型例子：火山（2）人为污染源：人类活动形成的污染源工业污染源：废气、废水和废渣农业污染源：化学肥料、农药、污水灌溉和农用 地膜生物污染源：生物残体、医院垃圾等有机农药按污染物属性分有有机机物物类类重金属： Cu,Zn,Pb,Ni,Hg,Cd等无无机机物物类类 PAHs，氰化物，石油有机洗涤剂有害微生物 二、土壤污染类型二、土壤污染类型放射性核素：90锶、137铯有害氧化物、酸、碱、盐等三、污染物在土壤中的迁移和转化规律三、污染物在土壤中的迁移和转化规律土壤中的物质永远处于运动状态,所谓物质迁移物质迁移就是元素在土壤中的转移和再分配,这是导致物质的分散或集中的原因。 与原子结构及其化合物的性质有关的内在因素,包括化学键类型,负电性,原子和离子的半径以及原子价。 元素迁移的外在因素,如气候条件,有机质,地形部位,水,氧及二氧化碳,介质的pH值和Eh值以及胶体的作用。土壤中所见到的各种迁移与积累现象, 主要分为:溶解迁移、还原迁移、螯合迁移、悬粒迁移、生物迁移溶解迁移、还原迁移、螯合迁移、悬粒迁移、生物迁移1.有机物类（农药）的迁移转化有机物类（农药）的迁移转化农药在土壤中以蒸汽的和非蒸汽的形式进行迁移,主要是通过扩散扩散和质体流动质体流动两个过程。 扩散扩散：扩散是由于分子不规则运动而使物质分子发生转移的过程。不规则运动导致分子的不均匀分布,因而引起分子由浓度高的地方向浓度低的地方迁移运动。 质体流动质体流动：土壤中的农药,既能溶于水,也能悬浮于水中,或者吸附在土壤固体物质上,或存在于土壤有机质中,而使之能随水和土壤颗粒一起发生质体流动。农药在土壤中的迁移转化行为（1）吸附 离子交换吸附 农药通过质子化作用而带正电荷后可借助离子交换而被吸附 通过范德华力以及键等作用方式对农药进行吸附 通过疏水型相互产生吸附 通过电子从供体向受体的传递产生吸附 通过形成配位键和配位体交换产生吸附（2）降解 微生物降解某些农药的有效成分为土壤微生物的碳源和氮源,这些微生物微生物直接或通过代谢过程中释放的酶代谢过程中释放的酶类将农药降解 非生物降解主要有光化学降解,水解式降解,氧化还原型降解,形成亚硝基化合物的降解等影响迁移转化的因素影响迁移转化的因素对农药而言,其分子结构,电荷特性,水溶性为重要的影响因素;土壤中主要的影响因素为:降雨量,淹灌条件,土壤初始含水量和土壤酸碱度,有机质含量,土壤粘土矿物粒组成等（二）无机物类（重金属）的迁移转化（二）无机物类（重金属）的迁移转化土壤中重金属总是在不断地发生时空的迁移和价态,形态的转化,这一物理化学过程极其复杂多样。许嘉琳等(1996)归纳了4个主要物理化学过程,即溶解-沉淀作用,离子交换与吸附作用,络合-离解作用,氧化还原作用。重金属是最难在土壤中迁移的污染物,因为土壤条件对它的固定具有普遍性,当重金属输入土壤后,总是停留在表土或亚表土,很少迁入底层。这一现象同时也作为土壤是否受到重金属污染的一种鉴定特征。 重金属在土壤环境中的迁移,转化的形式复杂多样,并且往往是多种形式错综结合。迁移形式有以下几种: 物理迁移物理迁移 土壤溶液中的重金属离子或络离子可以随水迁移至地面水体。更多的是重金属可以通过多种途径被包含于矿物颗粒内或吸附于土壤胶体表面上,随土壤中水分的流动而被机械搬运,特别是多雨地区的坡地土壤,这种随水冲刷的机械迁移更加突出;在干旱地区,这样的矿物颗粒或土壤胶粒可以尘土飞扬的形式随风而被机械搬运。物理化学迁移和化学迁移物理化学迁移和化学迁移 土壤环境中的重金属污染物能以离子交换吸附,或络合-螯合等形式和土壤胶体相结合,或发生溶解与沉淀反应。(1)重金属和无机胶体的结合:重金属与土壤无机胶体的结合通常分为二种类型:非专性吸附,即离子交换吸附;专性吸附,是土壤胶体表面与被吸附离子间通过共价键,配位键而产生的吸附。(2)重金属和有机胶体的结合:重金属可被土壤有机胶体络合或螯合,或者吸附于有机胶体的表面。尽管土壤中有机胶体的含量远小于无机胶体的含量,但是其对重金属的吸附容量远远大于无机胶体。(3)溶解和沉淀作用:是土壤重金属在土壤中迁移的重要形式,实际为各种重金属难溶电解质在土壤固相和液相之间的离子多相平衡。生物迁移生物迁移 主要指植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属,并在植物体内积累起来。生物迁移造成了植物的污染生物迁移造成了植物的污染, ,但但如果利用某些植物对重金属的超积累如果利用某些植物对重金属的超积累, ,反而有利于土壤的净化。反而有利于土壤的净化。植物根系对重金属的生物迁移受多种因素影响,其中主要影响因素有:重金属的赋存形态,土壤条件包括pH, Eh,土壤矿物组成,土壤种类等,不同作物种类,伴随离子的影响。除了植物,土壤微生物的吸收以及土壤动物的啃食也是生物迁移的一种途径。四、土壤污染的危害四、土壤污染的危害 19I：鐵、鉀為植物生長必需，供給量除鐵、鉀為植物生長必需，供給量除了太過多，否則植物不會受到傷害了太過多，否則植物不會受到傷害II：銅、鋅為植物生長必需，供給銅、鋅為植物生長必需，供給量太多或太少均會抑制植物生長量太多或太少均會抑制植物生長III：鎘、汞、砷非植物生長必需，：鎘、汞、砷非植物生長必需，過多即會引起傷害過多即會引起傷害 重金属对植物生长的影响 1 被病原体污染的土壤能传播伤寒、副伤寒、痢疾、病毒性肝炎等传染病。这些传染病的病原体随病人和带菌者的粪便以及他们的衣物、器皿的洗涤污水污染土壤。通过雨水的冲刷和渗透，病原体又被带进地面水或地下水中,进而引起这些疾病的水型暴发流行。 2 被有机废弃物污染的土壤，是蚊蝇孳生和鼠类繁殖的场所,而蚊、蝇和鼠类又是许多传染病的媒介。因此,被有机废弃物污染的土壤,在流行病学上被视为特别危险的物质。 3土壤被放射性物质污染后,通过放射性衰变,能产生a、射线。这些射线能穿透人体组织,使机体的一些组织细胞死亡。这些射线对机体既可造成外照射损伤,又可通过饮食或呼吸进入人体,造成内照射损伤,使受害者头昏、疲乏无力、脱发、白细胞减少或增多，发生癌变等。 4土壤被有毒化学物污染后,对人们的影响大都是间接的,主要是通过农作物、地面水或地下水对人体产生影响。人、畜通过饮水和食物可引起中毒。 5 被有机废弃物污染的土壤还容易腐败分解,散发出恶臭，污染空气。有机废弃物或有毒化学物质又能阻塞土壤孔隙,破坏土壤结构,影响土壤的自净能力；有时还能使土壤处于潮湿污秽状态，影响居民健康。五、土壤污染的防治五、土壤污染的防治土壤污染防治防治采取对策防治土壤污染，从源头防治土壤污染对已经污染的土壤进行改良，治理，修复受污染的土壤（一）土壤污染源的控制（一）土壤污染源的控制 要弄清楚污染源,然后采取切实有效的措施切断污染源,这是防止土壤遭受污染的最基本也是最重要的原则 建立控制废气,粉尘,废水,污泥,垃圾等固体废弃物的排放标准,制定相应的法规和监督体制,严格执行污灌水的水质标准,发展清洁工艺 严格执行农药管理法,建立农药登记注册制度,制定农药的禁用和限用范围,制定农药在农产品的最大残留量等（二）污染土壤的修复（二）污染土壤的修复1. 土壤农药污染的治理土壤有机物污染的治理主要有化学法,生物法及化学与生物相结合的修复方法.因为各种有机污染物特别是农药的化学组成不同,残留物各不相同,应根据具体情况采用相应的治理措施。这里我们重点介绍生物修复、化学添加剂和农艺措施。土壤生物修复 广义上讲,是指利用土壤中的各种生物-植物,土壤动物和微生物吸收,结合,转化土壤中的污染物,使污染物的浓度降低至可接受的水平,将污染物转化成无害物质的过程 狭义上讲,是指利用微生物的作用,将土壤中的有机污染物降解为无害的无机物(CO2和H2O)的过程.有机污染物的生物修复主要包括两种:一是利用某些土壤微生物对有机物的降解,接种驯养高效微生物,以达到减轻污染的目的,这是用于治理土壤有机物污染的最根本的途径。二是利用某些植物对有机物的超量积累来去除污染物,净化土壤。化学添加剂和农艺措施如加入活性炭降低磺乐灵或伏草隆的活性,原位投入氮,磷营养物质,促进降解微生物的生长繁殖,土壤翻耕,田间大量灌水,以及调节土壤水分,土壤pH值,Eh值等,以加快微生物的降解。2.重金属污染土壤的治理治理重金属污染土壤,主要有两种机理： 一是将重金属形态改变为固定态,使其迁移性和生物有效性降低; 二是用各种方法将重金属从土壤中去除。在重污染区可以剥去表层污染,仅利用下层土壤耕作,但要注意防止二次污染。 客土法是指在被污染的土壤上覆盖上非污染土壤,要注意用作客土的非污染土壤的pH值最好与原污染土壤一致,否则可能会引起污染土壤中的重金属活性增大,比如使用了酸性客土。 水洗法是采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子,使重金属离子或迁移至较深的土层中,以减少表土中的重金属离子的浓度;或将含总金属离子的水排出土外。此法需要注意防止次生污染,且仅适用于小面积的污染土壤的治理。（1 1）排土、客土和水洗法）排土、客土和水洗法（2）施用改良剂前提：在污染程度轻,不宜于采取客土,换土措施的情况下,可考虑施用改良剂以固定土壤中重金属。如施用石灰类物质,磷酸盐类物质,以增高土壤pH,沉淀重金属;此外,施用有机物质,不仅可以提供营养元素,还可以改良土壤性质,并能固定土壤重金属。另外,促还原作用的有机物质,可促使重金属转化成硫化物沉淀,可使Cr6+转化成更低毒的Cr3+。其他改良剂如钢渣,合成沸石也被用于改良土壤重金属污染。（3）电化法、热解吸法电化法电化法是应用电动力学方法将土壤重金属从土壤中移去。方法是在土壤中插入电极,通过低强度直流电后,金属阳离子流向阴极,然后采取措施回收金属。此法不适用于砂性土壤。热解吸法热解吸法主要对针对于挥发性强的重金属如汞,采取加热的方法能将汞从土壤中解吸出来,然后加以回收利用。（4）生物修复包括微生物和植物的作用。细菌产生的一些酶类能还原某些重金属。目前重金属生物修复研究的最多的是植物修复, 美国Florida大学在2001年发现了一种蕨类,为As的超富集植物,其植株在6周之内,从含As500ppm的土壤中吸收的As含量可以达到21,290ppm。种植此类植物于污染土壤中,回收重金属,可以净化污染土壤。 它是指利用生态工程原理,将污水通过土壤-生物系统,利用土地生态系统的自净能力,去除污水中的营养成分和有机污染物,达到净化和综合利用的目的。净化机理：净化机理：包括土壤的过滤截留,物理和化学的吸附,化学分解,生物氧化以及植物和微生物的摄取等作用。按照污水的处理方式土地处理技术有四种类型：慢速渗滤、快速渗滤、表面径流、人工湿地。 六、污水土地处理系统六、污水土地处理系统 土 地 处 理 基 本 工 艺 表面径流表面径流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统人工湿地人工湿地系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统 慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区。气候润湿的地区。 慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗流速度慢，故污水净慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗流速度慢，故污水净化效率高，出水水质优良。化效率高，出水水质优良。 慢速渗滤系统有农业型和森林型两种。其主要控制因素为：灌水慢速渗滤系统有农业型和森林型两种。其主要控制因素为：灌水率、灌水方式、作物选择和预处理等。率、灌水方式、作物选择和预处理等。 土 地 处 理 基 本 工 艺 表面径流表面径流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统人工湿地人工湿地系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统 快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质垆坶等。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质垆坶等。 污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧- -好氧交替运行状态，好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。净化。 快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤系快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤系统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速率和硝化速率。统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速率和硝化速率。 土 地 处 理 基 本 工 艺 表面径流表面径流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统人工湿地人工湿地系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统 地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土，地面的最佳坡度为地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土，地面的最佳坡度为 2 2 8 8。废水以喷灌法或漫灌法有控制地在地面上均匀地漫流，流向设在坡脚。废水以喷灌法或漫灌法有控制地在地面上均匀地漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流动过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种的集水渠，在流动过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水体。体。 采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。 土 地 处 理 基 本 工 艺 表面径流表面径流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统人工湿地人工湿地系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统 湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向流动过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净水在沿一定方向流动过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。化。 湿地处理可直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理。湿地处理可直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理。